如何快速调整DAC输出电压范围

DAC的全称为Digital to Analog Converter，即数字模拟转换器。它是一种将数字信号转换成模拟信号的电路，例如将数字音频信号转换为声音输出，或者将数字图像信号转换为可显示的图像。DAC也可用于控制电机、电阻、电容等元件的输出量，实现精密调节和控制。在工业现场，例如PLC或者模拟IO口应用中，DAC能够在不同通道上设置不同输出范围，对控制非常有利，这样用户就能够利用完整的16位数字码范围（0至65,535），而不用考虑DAC的输出范围。本文以ADI AD5362为例，介绍快速调整不同通道输出电压范围的方法。
 
ADI AD536介绍

下图（图1）为AD5362内部框图，它是一款集成8通道16位的DAC，它提供的缓冲电压输出范围为基准电压源的4倍，各DAC的增益和失调可以独立进行调整，以消除误差。该器件分成两组，每组4个DAC，具有更高的灵活性，且每组的输出范围可单独通过一个偏移DAC调节。

 图1 AD5362内部框图

 
 
利用基准电压选择输出范围

根据AD5362的描述，我们了解到器件内部DAC0-DAC3使用一个基准源VREF0，DAC4-DAC7使用另外一个基准源VREF1，所以可以利用不同的基准电压值来实现不同的DAC输出范围，如下图（图2）所示：

 
图2 分别使用独立的基准源产生不同的DAC输出范围

 
 
使用OFFSET寄存器改变输出范围

选择确定的基准电压源之后就可以选择DAC的电压输出范围，比如选择5V 基准源的时候，DAC的默认输出电压范围是±10V；选择2.5V基准源的时候，DAC的默认输出电压范围是±5V。可以看出DAC的默认输出摆幅是以0V为中心的，但是在某些情况下，如果我们想改变DAC输出电压偏移点该怎么做呢？

 AD5362内部有两个OFFSET寄存器：OFS0和OFS1。OFS0控制DAC 0至DAC 3的偏移，OFS1控制DAC 4至DAC 7的偏移。AD5362内部偏移DAC是14位的且默认值为0X2000，也就是8,192，跨度为基准电压值的四倍。用户理论上最多可以将输出范围上移或下移10V，不过输出只能在电源和裕量要求的限制范围内调整。

在使用2.5V电压基准的时候，±5V标称输出可以发生偏移，产生−10V至 0V或0V至+10V输出。但是使用5V基准电压时，产生±10V标称输出，却无法利用偏移DAC寄存器产生0V至+20V输出，因为这超出了电源和裕量限制。DAC输出电压由以下公式决定，值得注意的是OFFSET寄存器是14位的，AD5362本身是16位的，所以需要将OFFSET_CODE乘以4。VSIGGND为相关SIGGND引脚上的电压，通常为0V。

在实际使用中，我们通常根据需要获得的Vout电压反推出0FFSET_CODE，如下图（图3）所示，在给定5V基准电压源的时候，正常输出电压范围是±10V，而我们想要获得-8V-12V电压，65535对应12V电压输出，因此反推出OFFSET_CODE是6553（0X1999）。

图3 利用偏移寄存器调整DAC输出范围

 
 
使用增益寄存器M和失调电压寄存器C调整输出电压范围

从上图（图1）内部框图中我们可以看出AD5362的每一个通道都有增益寄存器以及失调电压寄存器，正常来讲AD5362的输出和输入呈现线性关系：Y=MX+C。其中Y为输出，X为输入，M为增益寄存器值，也就是斜率，默认为1（65535），C为失调电压寄存器，默认为0（32768）。M和C寄存器均是16位的，所以1LSB对应的电压位：4*VREF/65535。

下面我们通过一个例子来说明M和C寄存器的作用：假如现在我们准备使用AD5362产生±8V，正常来讲使用4.096V的基准电压源是最合适的（产生±8.192），但是仍然有0.384V的电压是我们使用不到的。为了最大程度上使用DAC的输出动态范围，我们可以改变C寄存器，增加0.192V失调电压，将-8.192V电压变成-8V，即：0.192V/1LSB=768LSB。

负电压移动时，理论上正电压8.192V电压也将增加0.192V失调电压，但这样得到的结果并不是我们想要的，所以需要调整斜率M，将16.384V变成16V，即：65535*（16/16.384)=63999。此时我们只要将M寄存器的值调整为63999即可，对于0至65,535范围内的DAC码，输出电压在±8V之间。
 
总结

本文以ADI AD5362为例，介绍了调节DAC输出电压范围的几种方式，这些方式同样适用于AD5362的系列姊妹产品AD5360、AD5361和AD5363。在给定的基准电压源下灵活的使用OFFSET寄存器、M、C寄存器或者三者配合使用可以非常完美的输出您想要的电压范围。欲了解关于更多ADI产品和方案信息，请与骏龙科技当地的办事处联系，或发送邮件至inquiry.cytech@macnica.com，骏龙科技公司愿意为您提供更详细的技术解答。
 
 
参考资料：
AD5362 数据手册和产品信息